冷凍機
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1) 凝縮器, 2) 膨張弁, 3) 蒸発器, 4) 圧縮機.
冷凍機（れいとうき）とは、ヒートポンプとも呼ばれる、温度を下げるために低い温度の部分から温度の高い部分へ熱を移動させる熱源設備（機械）である。
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[編集] ヒートポンプ
ヒートポンプとは、外部から電気・熱などの駆動エネルギーを与えて、低い温度の部分から温度の高い部分へ熱を移動させる装置で「熱のポンプ」ということになる。理論上は逆カルノーサイクルが最高効率である。19世紀後半より、熱力学の理論としては確立されていた。
冷房・冷蔵・冷凍の場合周囲より温度を下げるために使用される。また、暖房・給湯の場合、大気・水（地下水・河川・下水道）・排熱から、投入エネルギー（電気が多いがその他の動力・熱のものもある）の3～6倍の熱を回収し省エネルギーを可能とする。熱の移動方向が違うだけで同じしくみであるため、冷温熱同時取り出しも可能である。
すなわちヒートポンプの特徴は2点あり、ひとつは1世紀以上も歴史がある熱移動による冷却技術と、もうひとつは1970年代後半に実用化された熱回収によって加熱を行う省エネルギー技術である。
ヒートポンプは地球温暖化問題で削減対象となっているCO2の排出抑制技術として注目されている。近年のさまざまな要素技術の改善（インバータによる運転制御、冷却ファンの高効率化、熱交換器の性能向上、コンプレッサの改良など）の積み重ねにより、ヒートポンプのCOPはここ数年で大幅に向上してきた。そのCOPの向上には主に技術改善を促す二つの背景があった。 一つは社会的要因である。省エネルギー法などによるトップランナー規制が浸透してきたことと、環境負荷の低減効果やCO2削減効果が、機器を選定する上で評価されるようになったのである。ライフサイクルコストや省エネ性・CO2排出抑制も、価格同様導入の判断材料と評価されることで、導入価格が多少増加しても効率の高い機器を選択する需要家が増加した。また、1999年から導入された省エネ法のトップランナー規制は、環境評価の判断材料として、消費者に対して簡単に省エネ性能を明示するラベリング制度と相まって、ヒートポンプ技術の改善に寄与してきた。 当時でもルームエアコンはCOPが約3の機種が多く、一次エネルギー換算COPは1.1以上であり、ファンヒーターなどの効率η=0.8程度をはるかに上回る省エネルギー性を保っていた。しかし、トップランナー方式が導入された後、2006年時点でルームエアコンのCOPは6.5前後、パッケージエアコンは5.0弱に向上している。決して革命的な技術が導入されたわけではないが、各部位の性能が向上した結果、相乗効果でCOPが大幅に改善している。
もう一つは、日本の気候がヒートポンプを活用する上で適した環境だったことである。欧米のように暖房中心の国や東南アジアのような冷房中心の国では冷房、暖房のいずれかを行う単機能の機器で済む。日本では夏は冷房、冬は暖房と季節ごと空調種別が異なることと、欧米に比べて温暖湿潤な日本の気候は、空気を熱源とした冷暖両機能を持ち合わせたヒートポンプエアコンが市場から受け入れやすかった。 冷房と暖房を同じ機器で行うことができることは二重に空調設備を導入しなくて済むため、年間を通して機器の稼働率が高まり経済的である。また、ヒートポンプの特徴として室内外の温度差が小さくなればなるほどCOPが向上するため、中間期などでも空調が必要な場合、燃焼式とは異なりカタログ記載値よりもCOPが向上する。 メーカーにとっても、この消費者が機器効率の改善を新たな商品価値として評価する傾向が開発へのインセンティブとなり、COP向上を目指した開発競争が本格化した。また、日本では熱エネルギーを取り込む技術が発達したため、高効率エアコンだけでなく給湯機にも空気熱源のヒートポンプを開発することが可能になるなど、ヒートポンプの応用技術も拡充している。
従来から電力会社によって、省エネ化や割安な深夜電力消費によるコスト削減、電力会社にとっても負荷平準化を成せる機器として、ヒートポンプは業務用冷暖房装置（エコ・アイス：東京電力）などとして普及を目指していたが、近年家庭用サイズまで縮小化された給湯機（エコキュート：東京電力）も、省エネやオール電化の一環として売り込む例が増えている。背景にはエコロジー意識の向上やCO2排出に対する意識の変化（暖房でも直接燃焼させ熱エネルギーを得るよりCO2排出量が約半減する）などがある。
欧州では統一的な方針は出ていないものの、多くの国で従来の地中熱利用のみならず、大気熱利用まで対象範囲を広げてヒートポンプを熱利用分野の再生可能エネルギーとして見なす傾向が高まっている。スウェーデンのように国際エネルギー機関へ再生可能エネルギーの普及実績として空気熱利用のヒートポンプを計上している国もある。
日本では財団法人のヒートポンプ・蓄熱センターが中心となって普及促進に努めている。
[編集] 成績係数
成績係数 COP(coefficient of performance)、は、加えられた仕事または熱の何倍の熱を移動させたかの比率によって冷凍機・ヒートポンプの効率を表すものである。
理想的な場合次のような関係が成り立つ。
- ヒートポンプの成績係数 = 冷凍機としての成績係数 + 1
- 低温熱源と高温熱源の温度差が小さいほど大きくなる。
[編集] 冷凍機の比較
| 種類 | 燃料 | 動力 | 排熱 | 点検 | ＣＯＰ | 特徴 | 冷媒 |
| 蒸気圧縮冷凍機 | 無 | 中 | 少 | 省 | 4.0～6.5 | イニシャルコストが低い | アンモニア・炭化水素・二酸化炭素・フロン類 |
| 水-臭化リチウム吸収式冷凍機 | 多 | 少 | 多 | 煩雑 | 0.7～1.5 | 本体の運転に免許が不要 | 水(臭化リチウム水溶液) |
| アンモニア吸収冷凍機 | 多 | 少 | 多 | 煩雑 | 0.7～1.5 | ブラインによる冷凍が可能 | アンモニア |
| 吸着冷凍 | 中 | 少 | 多 | 省 | 0.5～0.7 | より低温の排熱の利用が可能 | ゼオライト・シリカゲル |
[編集] 関連項目
- 熱機関の理論サイクル : 冷凍サイクルの詳細
- 熱源設備 : 熱源設備の組み合わせ
- 圧縮機 : 圧縮機の型式・容量制御
- トンネルフリーザー
[編集] 関連する人物
矢田部隆志（図解ヒートポンプの著者 ヒートポンプ・蓄熱センター）
